机械设计课程设计-双级圆柱齿轮减速器.doc

课 程 设 计 说 明 书设计题目 双级圆柱齿轮减速器 机械 系 机制 专业 班学 生 姓 名 完 成 日 期 2011年7月 指导老师（签字） 华 中 科 技 大 学第 27 页设 计 计 算 与 说 明主要结果目录一、 设计任务书1二、 传动方案的分析与拟定2三、 电动机的选择计算3四、 传动装置的运动及动力参数的选择与计算4五、 传动零件的设计计算6六、 轴的设计计算14七、 键连接的选择及计算20八、 滚动轴承的选择及计算21九、 联轴器的选择23十、 润滑和密封24十一、 箱体和附件25十二、 设计小结27十三、 参考文献271、 设计任务书设计题目：设计带式运输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器（外传动为开式齿轮传动）设计数据及工作条件：f=11500牛、v=0.53米/秒、d=500毫米；生产规模：小批量；传动比误差：i24工作环境：有灰尘；载荷特性：有冲击；工作年限：5年，2班制2、 传动方案的分析与拟定1、 按题目要求设计带式运输机传动装置图1 带式运输机传动装置简图2、 组成电机、双级圆柱齿轮减速器、开式齿轮传动、带式运输工作机、联轴器3、 特点齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点，而斜齿圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱齿轮传动好，故更适合应用于高速级或要求传动平稳的场合。开式齿轮传动由于润滑条件较差和工作环境恶劣，磨损快，寿命短，故放置在低速级。3、 电动机的选择计算1、 电动机类型的选择工业上一般采用三相交流电动机。y系列三相交流异步电动机由于具有机构简单、价格低廉、维修方便等优点。此传动的转动惯量和启动力矩较小，可选用y系列三相交流异步电动机。2、 电动机功率的选择工作机所需的有效功率为为计算电动机所需功率，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设、分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为8级）、滚动轴承、开式齿轮传动、滚筒的效率，由参考资料【1】p6表2-2查得=0.99，=0.97，=0.98，=0.95，=0.96，则传动装置的总效率为电机所需功率为由参考资料【1】第十六章表16-1选取电动机的额定功率为11kw。3、 电动机转速的选择选择常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两种。4、 电动机型号的确定根据电动机所需功率与同步转速，查文献【1】第十六章表16-1可知，电动机型号为y160m-4和y160l-6.根据电动机的满载转速和滚筒转速可算出总传动比。其中滚筒转速为将此两种电动机的数据和总传动比列入表1中。表1 电动机的数据及总传动比方案号电动机型号额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比轴外伸轴颈/mm轴外伸长度/mm12y160m-4y160l-6111115001000146097072.1347.924242110110由表1可知，方案2中虽然电动机转速较低，总传动比小，但电动机价格较贵，体积也比方案1中的大。而方案1的总传动比也在比较合理的范围内，且电机体积小，价格低，决定选用方案1，即电动机型号为y160m-4。查文献【1】第十六章表16-2可知，该电动机的中心高h=160mm，轴外伸轴颈为42mm，轴外伸长度为110mm。4、 传动装置的运动及动力参数的选择与计算1、 传动比的分配根据文献【1】p7表2-3，取开式齿轮传动的传动比=5.522(齿数比为23/127)，则减速器的总传动比为i=72.13/5.522=13.062双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为低速级的传动比为2、运动及动力参数计算(1)各轴的转速计算：(2)各轴的输入功率计算：(3)各轴的输入转矩计算：将上述计算结果列于表2中，以供查用。表2 各轴的运动及动力参数轴号转速n/(r/min)功率p/kw转矩t/(nm)传动比i14607.93751.9174.116354.287.545203.3843.170111.767.172612.8541111.766.958594.5685、 传动零件的设计计算1、 减速器外部开式齿轮的设计计算开式齿轮的失效形式主要是轮齿弯曲折断和磨损，故设计时应按轮齿弯曲疲劳强度计算模数。(1) 选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。由于套筒直径d=500mm，开式齿轮中大齿轮直径应大于500mm，不易锻造，可用铸铁材料。具体选用：小齿轮：qt600-3，硬度为190270hbs大齿轮：qt500-7，硬度为170230hbs确定许用应力a. 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按240hbs，大齿轮按200hbs。查文献【2】p48图3-17，得=210mpa，=190mpa.b.计算应力循环次数n，确定寿命系数、查文献【2】p50图3-19得，c.计算许用应力由文献【2】p51表3-4取=1.4。(2) 确定齿轮的基本参数和主要尺寸选择类型根据齿轮传动的工作条件，选用直齿圆柱齿轮传动选择齿轮精度等级按估计圆周速度4m/s，由文献【2】p59表3-5，初选8级精度。初选参数初选：=23，=127，=0.35初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【2】p38表3-1，得=1.5；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.1，=1.2，。查文献【2】图3-14，得，查图3-15，得，。取。比较齿轮的，按大者计算弯曲疲劳强度。故取考虑齿面磨损的影响，应将求出的模数加大10%15%，并取标准值，不必验算齿面接触疲劳强度。最终取m=8毫米，分度圆,齿宽，2、 减速器内部齿轮的设计计算、高速级齿轮传动(1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229286hbs大齿轮：45号钢，正火处理，硬度为169217hbs确定许用应力b. 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按230hbs，大齿轮按190hbs。查文献【2】p48图3-16，得=580mpa，=550mpa.查文献【2】p48图3-17，得=220mpa，=210mpa.b.计算应力循环次数n，确定寿命系数、查文献【2】p50图3-18得，查文献【2】p50图3-19得，c.计算许用应力由文献【2】p51表3-4取=1，=1.4。(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸选择类型根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动选择齿轮精度等级按估计圆周速度6m/s，由文献【2】p59表3-5，初选8级精度。初选参数初选：=12，=26，=0.9初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【2】p38表3-1，得=1.5；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.13，=1.2，。由文献【2】p41图3-11，查得=2.45；查文献【2】p41表3-2，得；取，。初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：传动比。按文献【2】p60表3-7，取标准模数=2mm，则圆整后取：a=140mm。修改螺旋角：与估计值相符。，取，。验算轮齿弯曲强度条件按文献【2】p54式（3-17）验算轮齿的弯曲强度条件。计算当量齿数：查文献【2】图3-14，得，查图3-15，得，。取，。计算弯曲应力：齿轮强度能够满足要求。、低速级齿轮传动(1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229286hbs大齿轮：45号钢，正火处理，硬度为169217hbs确定许用应力c. 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按230hbs，大齿轮按190hbs。查文献【2】p48图3-16，得=580mpa，=550mpa.查文献【2】p48图3-17，得=220mpa，=210mpa.b.计算应力循环次数n，确定寿命系数、查文献【2】p50图3-18得，查文献【2】p50图3-19得，c.计算许用应力由文献【2】p51表3-4取=1，=1.4。(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸选择类型根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动选择齿轮精度等级按估计圆周速度4m/s，由文献【2】p59表3-5，初选8级精度。初选参数初选：=12，=29，=0.9初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【2】p38表3-1，得=1.5；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.13，=1.2，。由文献【2】p41图3-11，查得=2.45；查文献【2】p41表3-2，得；取，。初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：传动比。按文献【2】p60表3-7，取标准模数=3mm，则圆整后取：a=185mm。修改螺旋角：满足假设条件。，取，。验算轮齿弯曲强度条件按文献【2】p54式（3-17）验算轮齿的弯曲强度条件。计算当量齿数：查文献【2】图3-14，得，查图3-15，得，。取，。计算弯曲应力：齿轮强度能够满足要求。6、 轴的设计计算1、选择轴的材料选择轴的材料为45号钢，经调质处理，其机械性能由文献【2】p131表6-1查得：，；查文献【2】p141表6-4，得。2、初步计算轴径选c=110高速级：考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%5%，故取轴的直径为25mm。中间级：无键槽影响，取最小轴径为40mm。低速级：考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%5%，故取轴的直径为50mm。外部开式齿轮支承轴：考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%5%。考虑联轴器配合，取轴的直径为48mm。3、低速轴的结构设计按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图2所示。图2 低速轴结构图4、按弯扭合成校核(1)画受力简图画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。图3 轴上受力简图(2)轴上受力分析轴传递的转矩:齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：(3)计算作用于轴上的支反力水平面支反力垂直面支反力(4)计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。(5)计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取=0.6，则按计算，并画出当量弯矩图(g)(6)校核轴的强度a-a截面处弯矩最大，且截面尺寸非最大，属于危险截面；b-b截面处当量弯矩不大，且轴颈较大，不属于危险截面。伸出轴段仅受纯转矩作用，虽截面尺寸较小，但由于轴最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，故强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。a-a截面处当量弯矩为强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，(b=16mm,t=6mm)。故安全。5、按安全系数校核(1)判断危险截面仍以a-a截面进行安全系数校核(2)疲劳强度校核a-a截面上的应力弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：材料的疲劳极限根据，查文献【2】表6-1得，a-a截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得，表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得，分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：7、 键连接的选择及计算1、键连接的选择键规格查文献【1】表11-28根据轴颈和轴段长度选取。高速轴伸出段，d=25mm，选用键c840 gb/t 1096-2003；中间轴大齿轮处，d=42mm，选用键1280 gb/t 1096-2003；中间轴小齿轮处，d=42mm，选用键1240 gb/t 1096-2003；低速轴齿轮处，d=62mm，选用键1870 gb/t 1096-2003；低速轴伸出段，d=50mm，选用键c1470 gb/t 1096-2003；2、键连接的校核计算此处只校核低速轴上的连接键。键连接类型为静连接齿轮处键尺寸为1811，l=70mm，l=l-b=70-18=52mm，伸出段键尺寸为149，l=70mm，l=l-b=70-14/2=63mm，两处都安全。8、 滚动轴承的选择及计算1、滚动轴承的选择考虑载荷中等，转速较高，有冲击，选择角接触球轴承。高速轴选用滚动轴承7207c gb/t 292-1994中间轴选用滚动轴承7208c gb/t 292-1994低速轴选用滚动轴承7212c gb/t 292-19942、低速轴滚动轴承的校核计算查文献【1】表12-6，得,由文献【2】表8-8查得（轴承受冲击载荷）(1)计算派生轴向力由文献【2】表8-9查得7000c系列轴承的派生轴向力为：，则可求得轴承i、ii的派生轴向力分别为，。(2) 计算轴承所受的轴向载荷图4 轴向力示意图因，并由图3分析知，轴承ii被压紧，轴承i被放松。故，。(3)计算当量动载荷轴承i：查文献【2】表8-7用线性插值法得：。用查文献【2】表8-7，用线性插值法得：。由此可求得轴承ii：查文献【2】表8-7用线性插值法得：。用查文献【2】表8-7，用线性插值法得：。由此可求得(4)轴承寿命计算因，故按轴承2计算轴承的寿命：，所选轴承合格。9、 联轴器的选择1、高速轴转速高，为减小启动载荷，缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器。又轴与电机轴的直径相差较大，为了满足条件，选用梅花形弹性联轴器。电机轴轴径d=42mm，高速轴轴径d=25mm故选取联轴器型号为lm5型联轴器 2、低速轴同样选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，选用弹性柱销联轴器。选取联轴器型号为hl4型联轴器 gb/t 5014-199510、 润滑和密封1、润滑(1)齿轮的润滑第一对齿轮圆周速度,第二对齿轮圆周速度。由于两大齿轮的直径相差不大，满足油池浸油润滑的条件，所以润滑方式选择为油池浸油润滑。平均圆周速度为查文献【1】p141表15-1在50时润滑油黏度推荐值为82，查文献【1】p141表15-3选用中负荷工业齿轮油l-ckc150 gb/t 5903-1995(2)滚动轴承的润滑因为，所以轴承采用油润滑。2、 密封工作环境为有灰尘，故采用j型油封，以防外界杂质侵入为主，油封唇边对箱体外。轴1密封处直径为30mm采用j型油封305512 hg 4-3381966轴iii密封处直径为55mm 采用j型油封558012 hg 4-338196611、 箱体和附件1、采用铸造箱体，结构尺寸按文献【1】p24表5-1计算得出，列于表3中表3 减速器铸造箱体结构尺寸名称符号结构尺寸/mm箱座（体）壁厚8箱盖壁厚18箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度b,b1,b2 b=b1=12,b2=20箱座、箱盖上的肋厚m,m1m=m1=8轴承旁凸台的高度和半径h,r1h=54,r1=16轴承盖（即轴承座）的外径d2112,120,160地脚螺钉直径与数目df,ndf=16,n=6通孔直径20沉头座直径d0底座凸缘尺寸c1min,c2minc1min=25,c2min=23连接螺栓轴承旁连接螺栓直径d1d1=12d2=8箱座、箱盖连接螺栓直径d2通孔直径d13.59沉头座直径d2618凸缘尺寸c1min,c2min20,1615,12定位销直径d6轴承盖螺钉直径d38视孔盖螺钉直径d46箱体外壁至轴承座端面的距离h42大齿轮顶圆与箱体内壁的距离齿轮端面与箱体内壁的距离2、 附件结构设计及选择（1）轴承盖：由轴承外径可确定轴承盖外径分别为112mm,120mm,160mm,其余各参数由文献【1】表14-1查得。注意安装时用调整垫片调整间隙。（2） 窥视孔及视孔盖：根据文献【1】p134表14-4，因为，所以选择，。（3） 游标尺：根据文献【1